专利名称：用于检测多重回波和底部回波的方法
技术领域：
本发明涉及在测量各种类型的物位时确定物料表面的位置。特别地，本发明涉及用于确定容器内的物位位置或分离层位置的物位测量设备、用于确定容器内的物位位置或分离层位置的方法、程序元件以及计算机可读介质。
背景技术：
在以调频连续波(FMCW)或脉冲延迟方法工作的物位传感器中，电磁波或声波朝向物料表面发射。随后，传感器示出由物料、容器固定装置以及容器本身反射的回波信号，并根据这些回波信号得到位于容器内的物料中至少一种物料的表面位置。当使用声波或光波时，物位测量设备所产生的信号通常朝向待测物料表面自由传播。在使用雷达波来测量物料表面的设备中，能够朝向待测介质自由传播，同样还能够在将雷达波从物位测量设备导向介质的波导装置内部传播。在基于导向微波来工作的设备中，高频信号沿着波导装置导向介质。在待测的介质或物料的表面处，部分入射信号被反射并在相应的延迟之后再次返回到物位测量设备。未被反射的信号分量进入介质，并在所述介质内根据所述介质的物理特性进一步朝向容器基底传播。这些信号还在容器基底处被反射并在穿过介质和叠加气氛之后再次返回到物位测量设备。物位测量设备接收在不同点处反射的信号并根据所述信号通过已知方法来确定物料的距离。所确定的物料距离可以提供到外部。它可以以模拟形式(4. .. 20mA接口)提供给或者以数字形式(现场总线)提供。在 Peter Devine’ s book Fiillstandmessung mit Radar-Leitfaden fiir dieProzessindustrie (ISBN 3-00-008216-6)中详细讨论了雷达物位传感器的基本结构。所有的这些方法的共同特征在于在从物位测量设备到物料表面的路径上，用于测量的信号位于另外的介质的影响区域中，该另外的介质在下文中称为叠加介质。该叠加介质位于物位测量设备与待测介质表面之间并通常由液体或气态气氛构成。 在绝大多数应用中，位于待测介质上方的是空气。因为电磁波在空气中的传播与在真空中的传播只是略微不同，几乎可以忽略，所以不需要对从物料、容器固定装置以及容器本身反射的穿过空气回到物位测量设备的信号进行任何特定校正。然而，在化工行业的工艺容器中，所有类型的化学气体和气体混合物也都有可能作为叠加介质。与在真空或空气中的传播相比，电磁波的传播特性根据这些气体或气体混合物的物理特性而发生改变。
发明内容
期望的是具有一种用于检测多重回波和底部回波的健壮性方法。本发明的方面由独立权利要求的特征限定。在从属权利要求以及对技术方案和实施例的以下描述中获得本发明的展开。根据本发明的第一方面，提出了一种用于确定容器内的物位位置和/或分离层位置的物位测量设备，所述物位测量设备包括回波曲线检测单元(以下也称为“回波曲线检测装置”)，用于检测回波曲线；回波识别单元(以下也称为“回波识别装置”)，用于在回波曲线中识别至少两个回波；以及位置或速度检测单元(以下也称为“位置或速度检测装置)，用于检测所述至少两个回波的位置或速度值。物位测量设备被配置成通过考虑所检测到的速度值的比值对所述至少两个回波进行回波分类，回波分类将回波曲线中的至少两个所识别的回波分配以选自包括如下特征类别(feature class)的组中的特征类别底部回 波、多重回波(multiple echo)、反相关性回波(anti-correlation echo)和物料回波。例如，可以通过执行如下步骤来分类在回波曲线中的一些或甚至所有回波1)将回波中的一个回波假定为物位回波；2)通过确定回波的速度值与所假定的物位回波的速度值的比值的符号以及例如还通过考虑该比值的值来分类回波曲线中的另外的或所有其他的回波。换句话说，回波分类装置基于两个回波的速度比值的符号来决定回波中的至少一个回波是底部回波、多重回波还是反相关性回波。根据本发明的另一个方面，物位测量设备包括统计单元(也称为统计装置)。统计装置的目的是评估至少两个回波的共享特征的统计特性，所述共享特征为由位置或速度检测装置检测到两个回波的位置的比值或检测到的速度值的比值。回波识别单元、位置和/或速度检测单元和/或统计单元也可以是被相应地配置成使得执行在上文或下文中描述的步骤和功能的共享单元。根据本发明的另一个方面，物位测量设备还能够在回波曲线中识别多于两个的回波、检测这些回波的相应位置和/或速度值以及评估共享特征的相应统计特性。根据另一个方面，物位测量设备被配置成使得对所述回波曲线中的至少两个所识别的回波进行回波分类，作为评估所识别的回波的共享特征的统计特性的结果，回波分类将回波曲线中所识别的至少两个或每一个回波分配以选自包括如下特征类别的组中的特征类别底部回波、多重回波、反相关性回波和物料回波。物位测量设备还可以包括跟踪单元(跟踪装置)，所述跟踪单元将所识别的回波置于与之前识别的回波的逻辑关系中。跟踪装置还可以被设置成使得在回波曲线中缺失回波的情况下估计该回波的可能位置。在缺失回波的情况下，可以例如通过将不可见路径引入到迹线中来执行该估计。换句话说，物位测量设备包括如下跟踪单元该跟踪单元将由容器内的相同点处的反射所产生的并且描述由物位测量设备产生的信号的相同传播路径的回波分为一组。跟踪装置还被配置成使得检测和处理在回波曲线中之前观测到的反射点的反射或回波的缺失。
根据另一个方面，物位测量设备能够确定和发送回波甚至是所识别的全部回波的分类、位置和阶数。根据本发明的另一个方面，统计单元可以检测所识别的回波对中的至少一个或所有回波对的特征。根据本发明的另一个方面，统计单元将回波分类表示为直方图，在所述直方图中，所识别的每一个回波的每一个可能特征类别被分配以表示相应的回波实际上属于相应的特征类别的统计概率有多大的概率。根据本发明的另一个方面，速度检测单元基于回波迹线的之前分组的回波的位置和时间差异来执行分析。根据本发明的另一个方面，物位测量设备被配置成使得通过检测和评估另外的回波曲线来确认或修改回波分类。换句话说，进行连续的速度分析，借助于该连续的速度分 析，在统计估计中将考虑到新的速度值和特征从而对旧的评估和分类进行重新评估。以此方式，可以在每次物位测量之后重新计算相应的回波分类是正确的回波分类的概率。根据本发明的另一个方面，物位测量设备被配置成用于同时识别多重回波和底部回波。这可以被理解成在单个处理步骤中识别底部回波和多重回波。根据本发明的另一个方面，提供了一种用于确定容器内的物料的物位回波的位置和/或分离层的位置的方法，其中，检测到至少一条回波曲线，随后在回波曲线中识别两个回波。接下来，检测所述至少两个回波的位置和/或速度值。接下来，通过考虑所检测到的速度值的比值的符号对所述至少两个回波进行回波分类，将在回波曲线中所识别的每个回波的回波分类分配以选自包括如下特征类别的组中的特征类别底部回波、多重回波、反相关性回波和物料回波。还可以评估所述两个或更多个回波的共享特征的统计特性(也就是说，例如可以评估在回波曲线中多个所识别回波的所有回波对的共享特征)，所述共享特征为(相应的回波对的)两个回波的所检测到的位置或检测到的速度值的比值。根据本发明的另一个方面，在al)在回波曲线中识别多个回波之后，以及在bl)对在回波曲线中的至少两个或全部所识别的回波进行回波分类，作为评估至少两个或所有所识别的回波的共享特征的统计特性的结果之后，回波分类将在回波曲线中所识别的至少两个或每一个回波分配以特征类别。所述特征类别选自包括如下特征类别的组中底部回波、多重回波、反相关性回波和物料回波。在这一点上，应当注意的是，可以以程序元件和计算机可读介质来实施此处或下文所提及的方法步骤，并且特别地，所述方法步骤可以由物位测量设备执行。此外，上文或下文所提及的物位测量设备的特征也可以实施为方法步骤根据本发明的另一个方面，在识别回波曲线中的多个回波之后，以轮流的方式将所识别的回波中的一个回波假定为物位回波，回波分类包括将剩余的所识别的回波中的至少一个或全部回波分类以及计算正确分类的相应概率。因此，换句话说，将所识别的回波中的一个回波预先被分类为物位回波，在此基础上，将剩余的回波分类。接下来，将另一个回波识别为物位回波，并且可以对其他回波执行分类，以此类推。
根据本发明的另一个方面，通过检测另外的回波曲线并执行至少步骤(al)和(b)以及适应性修改正确分类的相应概率来确认或修改回波分类。根据本发明的另一个方面，将速度比值为0. 5至I. 5的回波分类为零阶多重回波、速度比值为I. 5至2. 5的回波分类为一阶多重回波、速度比值为2. 5至3. 5的回波分类为二阶多重回波、速度比值为负9至负4的回波分类为底部回波以及将具有所有其余的速度比值的回波分类为反相关性回波。根据本发明的另一个方面，提供了一种用于存储程序元件的计算机可读介质，所述程序元件在当物位测量设备的处理器上执行时使得处理器执行上文或下文所公开的步骤。根据本发明的另一个发明，提供了一种程序元件，当程序元件在物位测量设备的处理器上运行时使得处理器执行上文或下文所公开的步骤。
图I示出了以基于延迟的方法工作的物位测量设备。图2示出了用于以基于延迟的方法来确定物位的方法步骤。图3示出了针对不平的容器盖的比值。图4示出了包括多重回波的物位测量。图5示出了在圆顶通道中的物位测量。图6示出了没有容器盖的物位测量。图7示出了根据本发明的实施例的物位测量设备。图8示出了使用根据本发明的实施例的物位测量设备的测量周期。图9是使用根据本发明的实施例的物位测量设备进行物位测量的流程图。图10是用于根据本发明的实施例更新统计的流程图。图11示出了多重回波和底部回波的回波类别的定义。图12示出了根据本发明的实施例的统计单元的组合学。图13示出了统计单元在一序列回波被正确跟踪的情况下的状态。图14示出了统计单元在一序列回波被不正确跟踪的情况下的状态。
具体实施例方式以下实施例集中讨论了常见的在容器内具有单种待测介质或物料的应用示例。然而，所描述的关系也可以转换到在容器内具有两种或更多种不同的介质或物料的应用示例。在分离层测量方面，特别地，物料表面的位置还可以是在两种不同介质或物料之间的分离层的位置，其等同于用于分离层测量的容器内的两种物料或介质中的下层的物料表面的
位置，。在用于物位测量的设备中，可以使用能够检测容器内的物料表面的位置的各种方法。图I示出了用于物位测量的常规布置。使用液体106将容器109填充至填充高度dB-4。举例来说，假设液体之上的空间107以空气填充。在本示例中，以空气作为叠加介质覆盖液体。
通过使用高频装置102，物位测量设备101产生电磁脉冲103并且将电磁脉冲103耦合到合适的天线104中，由此，该脉冲以近似光速朝向待测的物料表面105传播。在叠加介质内的确切速度给出为。=最其中Ctl是光在真空中的速度，q是叠加介质的介电常数，是叠加介质的渗透率。物料表面105反射一部分入射信号能量，由此，反射后的信号分量再次传播回物位测量设备101。未被反射的信号分量进入液体106中并在液体106中以大大降低的速度朝向容器基底传播。电磁波103在液体106内的速度CM由液体106的材料特性决定
Cq \
V M真M其中Ctl是光在真空中的速度，e M是液体的介电常数，是液体的渗透率。剩余的信号分量还被容器109的基底108反射并在相应的延迟之后再次返回到物位测量设备101。在物位测量设备中，使用高频装置102来传播入射信号，并且优选地将入射信号转换到较低频率的中频范围。使用模数转换单元110，将由高频装置102提供的模拟回波曲线数字化并提供给评估装置111。用于提供数字化回波曲线的上述部件——也就是说，特别是高频装置102和模数转换单元110——可以例如定义回波曲线检测装置。评估装置111分析数字化的回波曲线，并基于包括在回波曲线的回波通过已知的方法确定通过来自于物料表面105的反射所产生的回波。此外，评估装置确定该回波的确切的电气距离。另外，对回波的所确定的电气距离进行校正使得补偿叠加介质107对电磁波传播的影响。将以此方式计算的物料113的补偿距离传送给输出装置112，该输出装置112根据用户规定并通过例如线性化、偏移校正或转换到物位dB-dL来进一步处理所确定的值。处理后的测量值通过外部通信接口 113提供给外部。在该上下文中，可以使用所有的既定接口，特别是4. . . 20mA的电流接口、工业现场总线(例如HART、Prof ibus和FF)、甚至计算机接口(例如RS232、RS485、USB接口、以太网和FireWire)。图2再次详细地示出了在评估装置111中的回波信号处理的情况下使用的用于补偿各种介质的影响的重要步骤。曲线序列201首先示出了由模数转换单元110检测的随着时间的回波曲线204。回波曲线首先包括在天线内反射的发送脉冲分量205。短时间之后，在时间\处，检测到由容器内的介质106的表面105处或边界105的信号分量反射引起的第一回波206。另一个回波207作为物料回波206的第一多重回波而产生，其在时间检测到。在穿过物料106之后，进入介质106中的信号分量从容器基底108反射并在回波曲线204内产生另一个回波208。底部回波208在时间处&检测到。另外，可以在时间tM处检测到底部回波的多重回波209。在第一处理步骤中，将时间相关曲线201转化成距离相关曲线202。在该转化中，假设检测到的曲线专门针对真空中的传播而形成。图示201的y轴通过乘以光在真空中的速度而转换成距离轴。此外，通过补偿偏移，使得由天线104引起的回波205获得距离值Om0另外，将距离值乘以因数0.5，以补偿到物料表面并返回的双向路径。第二个图示202示出了作为电气距离D的函数的回波曲线。该电气距离对应于真空中的电磁波在特定的时间内所覆盖的距离的一半。电气距离不考虑任何介质影响，而介质的影响可能会导致电磁波的较慢传播。曲线序列202因此表示未补偿的但基于位置的回波曲线。在本描述中，电气距离总是以大写字母D表示，而可以直接根据容器测量的物理距离以小写字母d表示。还可以对回波曲线210进行完全补偿。第三图示203示出了完全补偿的回波曲线211。为了获得回波随物理距离变化的表示，在当前情况下，必须考虑叠加介质107在曲线202上的位置0与DL之间的范围内的影响。在0与之间，需要根据如下相互关系将X轴
的电气距离规格转换为物理距离规格
, D,Si =--厂土二
4Sl '^1L因为空气的q和h的良好近似为1，所以在当前示例中不必执行关于该部分的校正，然而，必须将大于或等于队的X轴电气距离规格根据如下相互关系转换为物理距离规格
(D. — Di)￡ 二 + V最后，第三图示203示出校正后的曲线。来自物料表面105的回波206的距离和由容器底部108产生的回波208的距离两者都与可以根据容器109测量的距离相符合。来自于物料表面的多重回波207的距离不能够直接根据容器来测量，这是因为上述补偿仅对直接反射有效。这同样对来自于容器底部108的反射的多重回波209适用。在这一点上，应当注意的是，在设备的信号处理的情况下，可以优选地针对所有回波进行曲线序列202的转换——换句话说各种回波的电气距离的确定。通常不执行从回波曲线到补偿回波曲线的转换，校正物料表面的单个距离值就足够了。对于图I中的应用示例，因为预先已知空气的介电常数和渗透率的值，因此在实际应用中关于传感器与物料表面之间的距离不会出现问题。在本文所公开的技术教导范围内，作为基本原则，假定位于容器内的介质的特新——特别是渗透率和介电常数——在设备内是已知的，例如通过用户输入而是已知的。DE 102006019191 Al和WO 2010/071564 Al涉及用于自动检测这些特征的方法。US 5 438 867和DE 42 33 324 Al涉及用于自动检测容器109的高度dB的方法。可以通过在本文中公开的技术教导结合该这些文献中公开的方法。图I和因而获得的回波曲线的图2示出了在简单的测量布置中的比值。在例如具有锥形容器盖的容器内反射率会略微改变。图3示出了这种类型的容器301的示例。在将具有锥形容器盖308的容器301的回波曲线302与具有平坦容器盖的容器109的回波曲线210进行比较时，明显的是所获得的来自于物料表面309的反射的多重回波Emu和Ett2305、306的幅值明显大于直接物料反射的回波304的幅值。观察到的情况优选地相对于具有锥形或抛物面形状的容器盖308而发生。在形成多重回波期间，这会使由物位测量设备101辐射的微波能量至少局部聚焦，并且这以相关联回波的幅值增大的形式再现在回波曲线上。图4示出了能够形成多重回波的物理关系。物位测量设备401通过已知的方法产生电磁脉冲402并将电磁脉冲402朝向待测的物料表面105发射。信号箭头403以物理距离随着时间变化的函数的形式勾画出信号传播。部分传输信号从物料表面105反射并在相应的延时之后返回到物位测量设备。信号路径404示出了该传播路径。基于接收到的信号，物位测量设备形成回波曲线204，其在一定条件下在信号路径403和404上包括第一回波Elj 206。部分信号例如再次从容器盖405或从物位测量设备401反射并朝向物位表面105传播，如信号箭头406所示。该信号分量由物位表面再次反射并在相应的延迟之后返回到物位测量设备401，在物位测量设备401处，它被检测为物料反射的第一多重回波射Emu 207并成像在回波曲线204上。信号路径407示出了该过程。未从物料表面105反射的辐射信号能量402的一部分进入介质106中并在介质 106中进一步以降低的速度朝向容器基底108传播408。信号从容器基底反射，并在相应的延迟之后返回到物位测量设备。信号路径409和410示出了信号在该路径上的传播。应当注意的是，信号以不同的速度在不同的介质中传播，如在信号路径曲线图中通过在信号路径409、410中的不同增加所看到的。物位测量设备接收从容器基底反射的信号分量，并将这些信号分量以底部回波Eb 208的形式成像到回波曲线204中。类似于物料反射的多重回波207、416的形成，在有利的条件下，可以观察到底部回波的一个或更多个多重回波的形成。信号路径411、412、413、414示出了底部回波EB 208的第一多重回波Em 209的形成，其在相应的延迟之后也成像到由物位测量设备接收的回波曲线204中。原则上，可以构建高阶多重回波。为此，信号路径图示出了信号路径417和418，其适于基于物料表面的反射而产生二阶多重回波Ea2 415。容器基底的反射也可以有相应的高阶多重回波。本领域普通技术人员在将下文中通过一阶多重回波公开的本发明的方面转换成高阶多重回波方面没有任何困难。将多重回波的阶数定义为所发射的信号在容器内的待测物料的介质表面上的反射的次数减I。根据该命名法，回波^等同于零阶多重回波，而回波Emu等同于一阶多重回波。此外，还会存在导致在接收到的回波曲线内的另外回波的混合信号路径。因此，例如信号可以在通过信号路径406之后进入介质并朝向容器基底传播。另外，例如部分信号能量在沿信号路径411通过之后从物料表面反射并再一次直接朝向物位测量设备传播。在本发明的情况下将不会进一步考虑混合信号路径，这是因为它们在实际应用中几乎没有发挥作用。然而，本领域普通技术人员应当在将在下文中通过一阶多重回波公开的本发明的方面转换到混合多重回波方面没有困难。在本文中，将混合多重回波定义为由如下信号路径所产生的回波曲线中的回波在所述信号路径中，由物位测量设备产生的信号从容器内待测的至少一种物料的至少两个不同边界反射。本示例不包括混合多重回波。在包括内置圆顶通道的容器内的物位测量设备的使用没有被非常广泛地考虑。图5示出了在这种类型的容器501内使用根据本发明的测量设备401的示例。物位测量设备没有直接安装在容器盖502的高度处，而是位于圆顶通道503中，与图4中的示例相对比，在当前情况下中具有dD > O的物理长度。物位测量设备在圆顶通道内的安装位置主要影响多重回波的形成。信号路径图504示出了在本情况下多重回波的形成。由物位测量设备产生的信号首先通过圆顶通道503和实际容器传播到介质505的表面。信号路径506示出了该信号路径。介质对信号进行反射，由此，该信号朝向物位测量设备401传播。因为圆顶通道503的开口 513相对于容器盖502是小的，所以只有很少一部分信号作为物位回波Ejl5成像在回波曲线514上。信号路径507和508示出了该传播路径。目前为止，大部分信号能量从容器盖(信号路径509)反射并再次到达物料表面。以此方式，在沿信号路径509、510和511通过之后，第一多重回波Emu 516成像在回波曲线上。针对圆顶通道所描述的关系也同样适用于高阶多重回波，如信号路径512所示，而且还适用于底部反射多重回波。此外，在工业应用中，发现了通过引入负圆顶通道长度来有利的进行处理的布置。图6示出了相关联的应用示例。物位测量设备401安装在向上开口的容器601的上方，整个测量布置位于例如大厅中，使得金属平屋顶602可以位于该布置的上方。在物位测量设备401的信号处理序列中，将从大厅屋顶602到物位测量设备的参考平面603的距离考虑为具有物理长度dD < O的负圆顶通道长度。在本发明的情况下，应用可以因此包括可以具有负长度的圆顶通道。现在，如果物位测量设备401执行测量，将根据信号路径图604的图 示产生信号路径。由信号路径605和606示出的物料表面的直接反射在回波曲线中成像为物位回波^ 610。然而，到目前为止，大部分信号能量被传播到大厅屋顶602并从大厅屋顶602反射，并且在从物料表面进一步反射之后产生在回波曲线612内的第一多重回波611。产生该回波的信号传播由信号路径607、608和609表示。在实践中，多重回波和底部回波往往可能会导致相当多的问题。从常遇到的图3中的回波曲线302的比值开始，在最简单的情况下，物位测量设备总是将已知将回波曲线302中的最大回波识别为由物料表面引起的物料回波。在图3中的应用示例中，这导致不正确的测量值。另外，不能够使用误差存储器来进行该错误校正，这是因为当物料表面的位置发生改变时，多重回波Emu 305和Ea2 306将会从静态施加的误差回波轮廓中移除。目前正在讨论的解决方法提供从回波列表的回波中精确地识别由多次反射弓I起的那些回波。用于检测多重回波的许多方法会具有大量的缺点。因此，如果传感器的参考点对应于在容器盖上的多重回波的共享反射点，则可以基于各个回波的位置的多重回波进行检测。如果物位测量设备安装在圆顶通道中或安装在向上开口的容器中，则该方法不会产生有意义的结果。没有已知的方法来解决不等于O的圆顶通道长度的问题。另外，许多方法假设由容器内的介质表面产生的物位回波的检测已预先发生。在例如图3中的那些的情况中，这些方法不会对所发现的回波的可靠分类。此外，用于基于速度比较或趋势线来检测多重回波的方法假设可以可靠地将容器内具有相同的反射点的回波进行分配或分组以检测回波的速度或趋势。对于本领域普通技术人员将会明显的是这种类型的分组(例如可以由跟踪过程提供)可能会一直有错误。因此，这种类型的用于检测多重回波的方法不能提供一种在真实条件下在物位测量的情况下的改进的健壮性方法。此外，通过上述方法，也不能够分析分离层或容器基底的多次反射以及检测物位表面的多次反射。根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测多重回波和底部回波的健壮性方法和设备。根据本发明的另一个方面，提出了一种用于检测无相关性回波或反相关性回波的方法和设备。图9和图10的流程图作为举例示出了用于执行根据本方面一个方面的方法的可能的一序列步骤。图7的框图示出了用于实施该方法步骤的设备的示例。物位测量设备701大部分对应于关于图I描述的物位测量设备101，但是，评估装置702与过去使用的设备相比发生了变化。根据本发明的评估装置702可以包括回波识别装置7021、跟踪装置7022、速度检测装置7023、统计装置7024、决策装置7025和回波测量装置7026。
回波识别装置7021分析由回波曲线检测装置102、110提供的其中包括回波205、206、207、208、209的回波曲线。跟踪装置7022根据不同测量周期对回波进行分组，使得由容器内的相同反射点引起的并基于相同的信号路径所产生的回波合并成组。基于这些组(也被称为迹线(track))，可以可靠地检测例如回波的速度。速度检测装置7023检测当前回波曲线的回波的速度的至少一个特征。根据本发明的统计装置7024连续地监测针对曲线回波的各个回波而检测的速度测量值，以从中形成示出两个回波的速度值的比值的直方图。基于这些确定的统计值，统计装置可以为回波曲线的每个回波提供分类，借助于该分类并基于物料反射的假定或实际位置，回波可以被分配为如下类别之一多重回波、底部回波或反相关性回波。基于目前为止所确定的所有值，决策装置7025可以关于回波曲线中的那个回波是由物料反射产生的作出决定。通过回波测量装置7026，可以确定回波的确切位置。例如，可以补偿叠加介质的影响。图8的绘图示出了例如可以使用根据本发明的测量设备701来执行一序列测量周期。待监测的容器109首先以顺序时间、<&<&<&<&< t5填充介质106，随后再次清空。由根据本发明的物位测量设备701检测的在各个时间处的回波曲线801、802、803、804,805,806直接沿着容器在相应时刻的绘图勾画出来。空容器109的回波曲线801除了天线回波E1 807之外只包括由基底引起的回波E2808和基底反射的另一个多重回波E3809。这些回波由回波识别装置检测，但在该时刻仍未对回波进行任何分类。回波因此优选地设置有不同的指标，使得它们可以进一步进行算法处理。基于所识别的回波E1 807, E2 808和E3 809，跟踪装置7022试图在另外的处理步骤中将所识别的回波置于与之前识别的回波的逻辑关系中。例如在WO 2009/037000中可以找到关于在物位测量技术的情况下执行跟踪处理的公开内容。物位测量设备701的跟踪装置7022可以基于天线反射E1来初始化第一迹线Ttl 831。另外，可以在t = t0时刻初始化用于跟随底部回波E2 808的迹线T3 834和用于跟随多重回波E3 809的迹线T4 835。在t = h时刻，可以略微填充容器。在图8中示出了由物位测量设备检测到的回波曲线802。物位测量设备701的跟踪单元将之前开始的迹线TciSSUT3 834和T4 835与当前测量的分别起始于容器内相同反射点的回波连续起来。另外，初始化新的迹线T1,以监测新形成的物位回波E5 832。随后，逐渐地填充容器。在t = t2时刻，容器可以是半满的。根据图2的讨论，在该阶段，物料表面的多次反射Eki 816以及容器基底的多次反射E12 818成像在检测到的回波曲线803上。新形成的物料表面的多次反射导致重新初始化迹线T2 833，同时将之前存在的迹线Ttl 831、 \ 832, T3 834和T4 835与容器内的相应相同反射点的回波连续起来。在t = t3时刻，容器被示出为几乎完全填满介质106。因为物位测量设备701内所使用的测量信号在介质106内的高衰减，现在不再能够检测到容器基底的第一多重回波反射。然而，跟踪过程能够例如通过在迹线T4835内引入不可见路径836来考虑该回波的缺失。将其他的迹线根据以上描述与回波曲线804的检测到的回波连续起来。在随后清空容器期间，在容器底部的第一多次反射E21 827在t = t4时刻再次出现。相关联的迹线T4 835再次与底部反射的多重回波相连续。另外，以已知的方式来延伸现有的迹线。对于在时刻、<&<&<&<&< t5处执行的每个测量周期，传感器包括迹线列表，该迹线列表由跟踪装置7022提供并描述在相应时刻的当前迹线837。迹线列表可以例如包括描述为每条迹线分配的相应回波的位置的矢量。然而，还可以使用例如在EP 09172 769中公开的内存优化表示法。在该公开中所提议的方法还提出了将迹线(也就是说具有相同反射原点的一序列回波)细分为时间段，在该时间段中，所分配的回波具有基本 上恒定的速度或基本上恒定的速度矢量。在另外的信号处理的情况下，优选地基于迹线831、832、833、834、835来执行多重回波和底部回波的分析。从迹线的图示837看，可以直观地看出，迹线T2 833的回波是迹线T1 832的相应回波的多重回波，这是因为迹线T2统一沿着与迹线T1相同的方向移动。从附图中还可以看出，迹线T3的回波描述容器的基底，这是因为它们沿着与迹线T1的物位回波的运动方向相反的方向运动。这些关系在传感器中通过速度检测装置7023和统计装置7024的相互作用来分析。在图9中示出了用于执行该过程的合适顺序。用于分析检测到的回波的多重回波特性和底部回波特性的过程起始于起始状态S901。在步骤902中，从当前测量的多个检测到的回波中选择第一回波。根据本发明，如果在起始分析步骤中不知道容器内的精确关系，则将所选择的回波A假定为物料回波。因此，随后假定所选择的回波由来自物料表面105、309的反射引起。随后，在步骤903中，从回波列表中选择另一个回波，基于回波A为物料回波的假定来分析回波B的多重回波特性和底部回波特性。因为多重回波和底部回波的距离值总是大于当前物料回波反射的距离值，因此在该步骤中，可以简化计算，这是因为只选择距离大于回波A的距离的回波B。下面，详细地描述该方法的示例性配置。现在，可以基于两个回波之间的位置比较或速度比较来检测多重回波。因为经常遇到未知圆顶通道长度的问题，因此通过处理两个回波的速度来专门描述根据本发明的方法的以下变化。然而，还可以使用基于各个回波的位置而确定的特征来执行该方法以及特别是产生统计数据。另外，还可以组合位置和速度特性，以根据它们结合统计装置产生关于多重回波特性和底部回波特性的信息。在步骤904中，速度检测装置计算所选择的两个回波A和B的速度。该分析可以基于迹线中的局部增加。可替代地，可以根据如下公式根据物位测量设备的两个不同测量周期之间的回波、迹线或反射的位置变化来确定回波E、迹线或反射的速度Ve
Γ ,, OeCt2) - OpXt1)二 ...................................—................
y h _ h
其中，De(t2)是在测量周期2中回波、迹线或反射的电气距离，DeU1)是在测量周期I中的回波、迹线或反射的电气距离，t2是执行测量周期2的时刻，h是执行测量周期I的时刻。通过应用回归方法,还可以使用迹线的回波的多个位置来确定回波的速度。然而，还可以确定迹线的其中回波速度几乎恒定的整个部分的速度。在EP 2309235 Al中公开的方法可以用于将迹线转换成具有恒定速度的部分。然而，还可以基于多普勒分析或通过评估时间序列回波曲线的相移来检测回波速度的至少一个特征。回波速度的特征可以是速度值。另外，回波速度的特征可以是速度的方向。在处理步骤905中，现在分析是否两个回波中的至少一个回波发生移动。 因为经常遇到的检测多重回波和底部回波时未知圆顶通道长度的问题意味着本实施例不基于各个回波的绝对位置信息，所考虑的回波中的至少一个回波必须存在有移动，使得用于多重回波特性和底部回波特性的分析可以随着序列的继续而执行。如果所选择的两个回波中的至少一个回波存在移动，则在步骤906中在统计装置7024内更新与所选择的回波相关联的速度统计数据。统计装置7024执行针对当前测量的多重回波和底部回波的每一种可能的组合以根据图11的方案以直方图形式进行相应的统计。在步骤906中，更新与当前选择的回波A和B相关联的统计。图10示出了用于该目的所需的步骤。在步骤9061中，以如下方式计算当前所选择的两个回波A与B的速度的比值P
权利要求
1.一种用于确定容器内的物位位置和/或分离层位置的物位测量设备，所述物位测量设备包括 回波曲线检测单元，用于检测回波曲线； 回波识别单元，用于在所述回波曲线中识别至少两个回波；以及 速度检测单元，用于检测所述至少两个回波的速度值； 其中，所述物位测量设备被配置成将所识别回波中的一个回波假定为物位回波，接着，通过考虑所检测到的速度值的比值的符号对至少一个其他回波进行回波分类， 其中，所述回波分类将所述回波曲线中的至少两个所识别的回波分配以选自包括如下特征类别的组中的特征类别底部回波、多重回波、反相关性回波和物料回波。
2.根据权利要求I所述的物位测量设备，还包括 统计单元，所述统计单元用于评估至少两个回波的共享特征的统计特性，所述共享特征为所述至少两个回波中的两个回波的所检测到的速度值的比值； 其中，所述物位测量设备被配置成对所述回波曲线中的至少两个所识别的回波进行回波分类，作为评估所识别的回波的共享特征的统计特性的结果。
3.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备，还包括 跟踪单元，所述跟踪单元将所识别的回波置于与之前识别的回波的逻辑关系中；以及 所述跟踪单元在所述回波曲线中缺失回波的情况下估计所述回波的可能位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备， 其中，所述统计单元确定至少一对所识别的回波的特征。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的物位测量设备， 其中，所述统计单元将所述回波分类表示为直方图，在所述直方图中，每个可能的特征类别被分配一个概率，该概率表示相应的回波属于相应的特征类别的统计概率有多大。
6.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备， 所述物位测量设备被配置成使得通过检测和评估另外的回波曲线来确认或修改所述回波分类。
7.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备， 所述物位测量设备被配置成用于同时识别多重回波和底部回波。
8.一种用于确定容器内的物位位置和/或分离层位置的方法，所述方法包括如下步骤 检测回波曲线； 在所述回波曲线中识别至少两个回波； 检测所述至少两个回波的速度值； 将所述至少两个回波中的一个回波假定为物位回波；以及 通过考虑所检测到的速度值的比值的符号对至少一个剩余回波进行回波分类； 其中，所述回波分类将所述回波曲线中的至少两个所识别的回波分配以选自包括如下特征类别的组中的特征类别底部回波、多重回波、反相关性回波和物料回波。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括如下步骤 (al)在所述回波曲线中识别多个回波；以及 (b)对所述回波曲线中的至少两个回波进行回波分类，作为评估所识别的回波的共享特征的统计特性的结果； 其中，所述回波分类将所述回波曲线中的至少两个所识别的回波分配以选自包括如下特征类别的组中的特征类别底部回波、多重回波、反相关性回波和物料回波。
10.根据权利要求8或9所述的方法，还包括如下步骤 将所识别的回波中的另一个回波假定为所述物位回波； 对至少一个剩余回波进行回波分类； 其中，每个回波分类包括对至少一个另外的所识别的回波进行分类并且计算正确分类的相应概率。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，还包括如下步骤 通过检测另外的回波曲线并执行至少步骤(al)和(b)以及适应性修改正确分类的相应概率来确认或修改所述回波分类。
12.—种程序元件，所述程序元件当在物位测量设备的处理器上执行时使得所述处理器执行如下步骤 检测回波曲线； 在所述回波曲线中识别至少两个回波； 检测所述至少两个回波的速度值； 将所述至少两个回波中的一个回波假定为物位回波； 通过考虑所检测到的速度值的比值的符号对至少一个剩余回波进行回波分类； 其中，所述回波分类将所述回波曲线中的至少两个所识别的回波分配以选自包括如下特征类别的组中的特征类别底部回波、多重回波、反相关性回波和物料回波。
13.一种用于存储程序元件的计算机可读介质，所述程序元件当在物位测量设备的处理器上执行时使得所述处理器执行如下步骤 检测回波曲线； 在所述回波曲线中识别至少两个回波； 检测所述至少两个回波的速度值； 将所述至少两个回波中的一个回波假定为物位回波； 通过考虑所检测到的速度值的比值的符号对至少一个剩余回波进行回波分类； 其中，所述回波分类将所述回波曲线中的至少两个所识别的回波分配以选自包括如下特征类别的组中的特征类别底部回波、多重回波、反相关性回波和物料回波。
全文摘要
本发明涉及用于检测多重回波和底部回波的健壮性方法和设备，其中评估在回波曲线中所识别的两个回波的共享特征的统计特性。该共享特征对应于所识别的两个回波的位置或速度值的比值。以此方式，可以将回波分类。
文档编号G01F23/284GK102809405SQ20121017243
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月27日
发明者罗兰·韦勒 申请人:Vega格里沙贝两合公司